W ostatnich latach, które były rewolucją cyfrową we wszystkich gałęziach przemysłu, proces inwestycji w środki kontroli jakości produkcji wyraźnie przyspieszył i zaznaczył się zwiększeniem nakładów na urządzenia kontroli wymiarowej 3D. Od kilku lat jednak widać wyraźnie zapotrzebowanie na nieco inne urządzenia niż te dostarczane w ostatnim dziesięcioleciu. W najbliższych latach odnowienie procesów produkcyjnych – według prognozy Międzynarodowej Federacji Robotyki (International Federation of Robotics - IFR) – wymagać będzie blisko dwukrotnego wzrostu sprzedaży robotów przemysłowych na całym świecie. Przewiduje się, że do 2018 roku globalna sprzedaż robotów będzie rosła średnio o 15% rocznie. Nowe podejście do zagadnień elastyczności produkcji wymusiło na producentach przemieszczenie procesów metrologicznych z tradycyjnych laboratoriów pomiarowych coraz bliżej linii produkcyjnych. W rezultacie wymogło to również obniżenia czasu akwizycji danych, ich przetwarzania oraz ewentualnej akcji korekcyjnej. Z tego względu przy produkcji masowej, gdzie środkiem do osiągnięcia wysokiej wydajności staje się pełna automatyzacja produkcji nawet kontrola pomiarowa blisko linii produkcyjnej jest często niewystarczająca.

Przemysł samochodowy stał się pionierem automatyzacji procesu technologicznego od chwili wprowadzenia linii montażowej w latach 20. XX wieku. Pełna zamienialność części, a w dalszym etapie możliwość ich coraz szybszego i coraz bardziej zautomatyzowanego montażu wymusiła jeszcze doskonalszą kontrolę wymiarową elementów. Stopniowo automatyzacja objęła większość gałęzi produkcji przemysłowej, a wraz z nią automatyzacja procesów metrologicznych i kontrola procesu produkcyjnego nabrały kluczowego znaczenia.

Metrologia inline
Stosunkowo dawno, bo już z początkiem lat 70. ubiegłego wieku, próbowano dokonywać kontroli 3D detali bezpośrednio na linii produkcyjnej. Oczywiście pomiar polegający na zebraniu tysięcy punktów nie był możliwy w tym samym czasie, co spowodowało znaczną redukcję liczby zbieranych charakterystyk. Aby sprostać coraz szybszemu rytmowi produkcyjnemu, z czasem rozwinięto bardzo skomplikowane i kosztowne mechaniczne systemy określenia położenia mierzonego przedmiotu, tj. wykonanie operacji bazowania poza systemem pomiarowym. W ten sposób rozdzielono operacje bazowania od operacji pomiaru, ale i to nie rozwiązało całkowicie problemu czasu. Stosunkowo niedawno procesy kontroli metrologicznej wzbogaciły się o opatentowane systemy optycznej akwizycji danych oraz ich analizy, które znacznie przyspieszyły cały proces pomiaru. Mowa jest tutaj o bardzo specyficznym systemie skanowania światłem białym pozwalającym na uzyskanie obrazu (pojedynczego zdjęcia) w czasie kilkudziesięciu milisekund. Wraz z obserwowanym wzrostem liczby robotów przemysłowych w sposób naturalny zaczęło się integrowanie obu systemów, aby umożliwić sterowanie pomiarami 3D na linii bez ingerencji operatora lub przy minimalnym udziale średnio przeszkolonego pracownika.

Jest to jedna z charakterystyk różniących ostatnio stosowane systemy pomiarowe montowane na robotach przemysłowych od systemów stosowanych jeszcze 10 czy nawet 5 lat temu: wcześniejsze systemy sprawdzały prawidłowość pozycji często w odniesieniu do wzorca (relative), a dzisiejsze sprawdzają, podają absolutną (absolute) pozycję, przekazują w realnych czasie dane do ewentualnej korekty procesu oraz aktualizują dane statystyczne procesu, łącząc w ten sposób metrologię z kontrolą procesu produkcyjnego.

Pomiar 100% części i podzespołów w rytmie pracy linii produkcyjnej, 24 godziny na dobę i przez 7 dni w tygodniu w wymagających warunkach hali produkcyjnej w pełni integrując kontrolę pomiarową z kontrolą procesu produkcyjnego również statystyczną to ogromne wyzwanie. Dlatego programy do kontroli wymiarowej oraz do kontroli procesu powoli staną się jednym oprogramowaniem.

Fabryki przyszłości
Wymogi oszczędności przestrzeni oraz z góry zakładana możliwość relokacji i readaptacji linii produkcyjnych do nowych wyrobów/modeli spowodowały, że proces kontroli metrologicznej nie mógł dłużej odbywać się bez robotów antropomorficznych. A roboty połączone inteligentnym oprogramowaniem nadzorującym to już fabryka 4.0 – cyfrowo sterowana z niedalekiej przyszłości, w której produkcja polega na inteligentnym pozyskiwaniu danych.

Na niedawno odbywającym się forum poświęconym automatyzacji, które odbyło się w centrum Hexagon Metrology w Wetzlar w Niemczech, goście i gospodarze forum koncentrowali się na zagadnieniu technologii pomiarów 3D wykorzystywanych w produkcji nadwozi samochodowych, chociaż podejście z wykorzystaniem robotów przemysłowych wyposażonych w głowice skaningu światłem białym i umieszczone na prowadnicach zwiększających ich zasięg można zastosować w wielu innych gałęziach przemysłu.

Wysoce zautomatyzowane systemy pomiarowe (wyspy lub cele pomiarowe) mogą też działać w nieco inny sposób, dostarczając detal do celi pomiarowej. System transportuje część w sposób automatyczny z linii produkcyjnej, uruchamia program pomiarowy i po zakończeniu pomiaru dostarcza część z powrotem na linię. Jest to system identyczny, zajmuje jednak więcej miejsca i nie pozwala na 100-proc. kontrolę, ale pozwala uniknąć ryzyka blokowania linii produkcyjnej w razie konieczności dokonania dodatkowych pomiarów. Takie systemy doskonale sprawdzają się dla części dostarczanych na linię produkcyjną na poszczególnych etapach montażu części.

Podsumowanie najnowszych trendów można sprowadzić do coraz szerszego zastosowania robotów antropomorficznych (często nazywanych robotami montażowymi) w miejsce robotów równoległych oraz łączenie ich z wizyjnymi systemami pomiarowymi. Główną zaletą takiego rozwiązania jest szybkość akwizycji danych mierzona w milisekundach (dla pojedynczego zdjęcia = jednego ustawienia robota) oraz oszczędność miejsca, a także większa możliwość ich relokacji co w dzisiejszym świecie ma kolosalne znaczenie.

www.hexagonmetrology.pl